Fototransduktion im Auge

Die Phototransduktion wandelt Lichtreize in elektrische Erregungen um. Der zentrale Sehfarbstoff in Stäbchen ist das Rhodopsin, das aus dem Membranprotein Opsin und dem Retinal (einem Vitamin-A-Derivat) besteht.

Im Dunkeln liegt das Retinal-Molekül in der 11-cis-Form vor und ist fest an das Opsin gebunden. Der Botenstoff cGMP hält die Natrium-Kanäle an der äußeren Membran der Stäbchen offen, wodurch positiv geladene Natrium-Ionen in die Zelle strömen. Dies erzeugt ein Ruhepotenzial von -30 mV und führt zur Ausschüttung des Neurotransmitters Glutamat, der die bipolaren Schaltzellen hemmt.

Bei Belichtung verändert sich die Struktur des Retinals zur All-trans-Form. Diese Formveränderung aktiviert eine Signalkaskade: Metarhodopsin II aktiviert das G-Protein Transducin, welches die Phosphodiesterase (PDE) aktiviert. PDE wandelt cGMP zu GMP um, was zum Schließen der Kationenkanäle führt. Die verminderte Einströmung von Na⁺ und Ca²⁺ hyperpolarisiert die Zellmembran und erzeugt ein Rezeptorpotenzial. An der Synapse führt dies zu einer reduzierten Transmitterausschüttung, was die Hemmung der Bipolarzellen aufhebt und letztlich Aktionspotenziale in der Ganglienzelle auslöst.

Wusstest du? Der Dunkelstrom im Auge bezeichnet den konstanten Einstrom von Natrium-Ionen in die Stäbchen im Dunkeln – ein wichtiger Grundzustand für die Fototransduktion.

Zapfen funktionieren ähnlich, verwenden jedoch den Sehfarbstoff Photoopsin statt Rhodopsin. Auch hier führt Lichtabsorption zur Hyperpolarisation der Zellmembran durch einen ähnlichen Fototransduktions-Ablauf wie in den Stäbchen.